三元相圖的繪制詳解

1、三元相圖的繪制本實驗是綜合性實驗。其綜合性體現(xiàn)在以下幾個方面：1 .實驗內(nèi)容以及相關知識的綜合本實驗涉及到多個基本概念，例如相律、相圖、溶解度曲線、連接線、等邊三角形坐標等，尤其是在一般的實驗中（比如分析化學實驗、 無機化學實驗等）作圖都是用的直角坐標體系，幾乎沒有用過三角坐標體系，因此該實驗中的等邊三角形作圖法就具有獨特的作用。這類相圖的繪制不僅在相平衡的理論課中有重要意義， 而且對化學實驗室和化工廠中經(jīng)常用到的萃取分離中具有重要的指導作用。2 .運用實驗方法和操作的綜合本實驗中涉及到多種基本實驗操作和實驗儀器 （如電子天平、 滴定管等）的使用。 本實驗中滴定終點的判斷， 不同于分析化學中的

2、大多數(shù)滴定。 本實驗的滴定終點， 是在本來可以互溶的澄清透明的單相液體體系中逐漸滴加試劑，使其互溶度逐漸減小而變成兩相，即 “由清變渾 ”來判斷終點。 準確地掌握滴定的終點， 有助于學生掌握多種操作， 例如取樣的準確、滴定的準確、終點的判斷準確等。一 .實驗目的1. 掌握相律，掌握用三角形坐標表示三組分體系相圖。2. 掌握用溶解度法繪制三組分相圖的基本原理和實驗方法。二 .實驗原理三組分體系 k = 3 ，根據(jù)相律：f = k -（）+2 5-6式中6為相數(shù)。恒定溫度和壓力時:f = 3 -（）當（）=1,則 f = 2因此， 恒溫恒壓下可以用平面圖形來表示體系的狀態(tài)與組成之間的關系， 稱為三

3、元相圖。一般用 等邊三角形 的方法表示三元相圖。在定溫定1 所示：在萃取時， 具有一對共軛溶液的三組分相圖對確定合理的萃取條件極為重要壓下，三組分體系的狀態(tài)和組分之間的關系通?？捎玫冗吶切巫鴺吮硎?，如圖等邊三角形三頂點分別表示三個純物質(zhì) a, b, co ab , bc, ca,三邊表示a和b, b和 c, c和a所組成的二組分體系的組成。三角形內(nèi)任一點則表示三組分體系的組成。如點p的組成為： a% = cb b%=ac c%=ba具有一對共軻溶液的三組分體系的相圖如圖 2所示。該三液系中，a和b,及a和c 完全互溶，而 b和c部分互溶。曲線 defhijkl為溶解度曲線。ei和dj是連接線

4、。溶解 度曲線內(nèi)（abdefhijklca ）為單相區(qū)，曲線外為兩相區(qū) 。物系點落在兩相區(qū)內(nèi)，即分為 兩相。圖3 （a醋，b水，c氯仿）繪制溶解度曲線的方法有許多種，本實驗采用的方法是： 將將完全互溶的兩組分 （如氯仿和醋酸）按照一定的比例配制成均相溶液（圖中n點），再向清亮溶液中滴加另一組分 （如水），則系統(tǒng)點沿bn線移動，到k點時系統(tǒng)由清變渾。再往體系里加入醋酸，系統(tǒng)點則沿 ak上升至n點而變清亮。再加入水，系統(tǒng)點又沿bn由n點移至j點而再次變渾，再滴加醋酸使之變清如此往復，最后連接k、j、i即可得到 互溶度曲線，如圖3所 示。三.實驗準備1 .儀器：具塞磨口錐形瓶，酸式滴定管，堿式滴定管

5、，移液管，分析天平。2 .藥品：冰醋酸，氯仿， naoh溶液（0.2mol mol *）,酚配指示劑。四 .操作要點 （各實驗步驟中的操作關鍵點）1. 因所測的體系中含有水的成分，所以玻璃器皿均需干燥。2. 在實驗過程中要注意防止或盡可能減少氯仿和乙酸的揮發(fā)，測定連接線時取樣要迅速。3. 當體系中乙酸含量少時，滴加水要逐滴加入，注意判斷終點。在滴加水的過程中須一滴滴地加入，且需不停地振搖錐形瓶，待出現(xiàn)渾濁并在2-3分鐘內(nèi)不消失，即為終點 。特別是在接近終點時要多加振搖，這時溶液接近飽和，溶解平衡需較長時間。1 .在潔凈的酸式滴定管內(nèi)裝水，移取 6ml 氯仿及 1ml 醋酸于干燥潔凈的 100m

6、l 磨口錐形瓶中，然后慢慢滴入水，且不停地振搖，至溶液由清變濁，即為終點，記下水的體積。再向此瓶中加入 2ml 醋酸。體系又成均相，繼續(xù)用水滴至終點。同法再依次加入 3.5ml ， 6.5ml醋酸，并分別再用水滴定，記錄各次各組分的用量。最后加入 40ml 的水，蓋緊瓶塞，每隔5min 振搖一次，約 30min 后將此溶液作測量連接線使用 （溶液 1）。2 .另取一干燥潔凈的100ml 磨口錐形瓶， 用移液管移入 1ml 氯仿和 3ml 醋酸。 用水滴定至終點，以后依次再添加2ml ， 5ml ， 6ml 醋酸。分別用水滴定至終點。記錄各次各組分的用量。最后加入 9ml 氯仿和 5ml 醋酸，

7、混合均勻，每隔 5min 振搖一次，約30min 后作為測量另一根連接線使用 （溶液 2） 。3 .將 2 只 25ml 磨口錐形瓶稱重，待用。將溶液1 和溶液 2 靜置，待溶液分層后，用干燥潔凈的移液管吸取溶液1 上層 2ml ，下層 2ml ，分別放入已經(jīng)稱重的 25ml 磨口錐形瓶中，再稱其重量。然后以酚酞為指示劑，用 0.5m 的 naoh 溶液滴定至終點。 根據(jù)兩相中乙酸的含量確定溶解度曲線上的兩個點，兩個點連接即為連接線。4 .同步驟3，移取溶液2上層液 2ml 和下層液 2ml ，稱重并滴定。五.本實驗的成敗關鍵1. 酸式滴定管和堿式滴定管的操作正確和規(guī)范。2. 測定溶解度曲線時

8、滴定終點 “由清變渾 ”的準確判斷。六.思考題及解答（一）判斷題1. 本實驗每一次往體系中加入氯仿或者醋酸時，其體積都必須精確到 0.01ml 。2. 本實驗所用的具塞磨口錐形瓶在臨用前，一定要清潔且干燥。3. 連結(jié)兩個成平衡的相點的線段稱為連結(jié)線。（二）單選題1. 關于本實驗所用的三角形坐標的特點，不正確的說法是：a.在過三角形某一頂點的任一直線上所代表的體系中，另外兩組分的濃度都相同b.任意兩點代表的體系組成新體系時，新體系的物系點必在原來兩點的連接線上c.任意三個點代表的體系組成新體系時，新體系的物系點必在原來三點連成的三角形內(nèi)d.在平行于三角形一邊的直線上所有的點代表的體系中，某個組分

9、的濃度是固定不變的2.本實驗中用水滴定醋酸-氯仿體系時終點的現(xiàn)象是:a.體系由無色變?yōu)闇\紅色b.體系由清變渾c.體系由淺紅色變?yōu)闊o色d.體系由渾變清3.在本實驗所繪制的相圖5-2中，區(qū)域i和n的相數(shù)分別為:a.1、2 b. 2、1 c. 1、1 d. 2、2圖5-2 答案：判斷題：1 （對）2 （對）3 （對）單選題：1 a 2 b 3 b七.問題討論：1 .若滴定過程中不小心超過終點，是否需要重做？答：滴定過程中若不小心超過終點，可以再滴加幾滴醋酸（記錄加入量），至剛由渾變清作為終點，記錄實際各組分的用量。無需返工。2 .不同溫度時各物質(zhì)的密度：dt ds （t ts） 10 3 （t ts）2 106 （t tj3 10 9ts 273.2ks3 .為什么說具有一對共軻溶液的三組分體系的相圖對確對各區(qū)的萃取條件極為重要？答：（如下圖）將組成為 n的混合溶液加入 b后，體系沿nb線向b方向變化，當總組成為o點時，此時體系為兩相 x1, y1。如果把這兩層溶液分開，分別除去b,得由s、f點代表的兩個溶液（s在bx的反向延長線上，f在by的反向延長線上）。這就是說經(jīng)過一次萃取 除去溶劑后，能把原來組成為 n的原溶液分成s和f兩個